Der Wasserkreislauf auf der Erde wird durch Sonnenenergie angetrieben – die Wasser von Ozeanen und Landflächen verdunstet – und durch die Schwerkraft, die Wasser als Regen herunter bringt und es zum Meer fließen lässt. In diesem Kreislauf spielen Bäume die Rolle einer aktiven Pumpe: Sie nehmen Bodenwasser durch ihre Wurzeln auf und geben es durch Blattranspiration in die Atmosphäre ab, wodurch sie den hydrologischen Kreislauf des Landes enorm verstärken – viel mehr, als es bei blankem Gestein und Boden allein der Fall wäre. Ohne Bäume würde der hydrologische Kreislauf der Erde völlig anders aussehen: Viele Binnenregionen der Kontinente wären deutlich trockener als heute.

Der Baum als hydraulische Pumpe: Die Zahlen

Ein mittelgroßer ausgewachsener Baum (Buche, Eiche, Ulme: Höhe 20–25 m, Krone 10–15 m Durchmesser) gibt folgende Mengen Wasser ab: Im Sommer (Juli–August): 150–400 Liter Wasser pro Tag. Im Frühling und Herbst: 50–150 Liter Wasser pro Tag. Im Winter (Blätter gefallen): fast null. Zum Vergleich: Der menschliche Wasserverbrauch liegt bei etwa 2 Litern pro Tag. Ein einzelner Baum gibt so viel Wasser ab wie 75–200 Menschen trinken. Ein Wald mit 100 Bäumen pro Hektar gibt 15.000–40.000 Liter Wasser pro Tag und Hektar ab – das entspricht 15–40 mm Wasser pro Hektar an einem Sommertag. Der gesamte Amazonas-Regenwald (5,5 Millionen km²) gibt etwa 20 Milliarden Tonnen Wasser pro Tag ab: mehr als der Amazonas-Fluss in den Ozean abfließt. Das ist die „biotische Pumpe" der Tropenwälder: Wasserdampf steigt auf, kondensiert in etwa 5–8 km Höhe und fällt wieder als Regen auf die Binnenregionen des Kontinents. Der physikalische Mechanismus der Transpiration: Wasser steigt von den Wurzeln zur Krone durch das Xylem des Holzes mittels negativer Kapillartension: Blätter transpirieren (verdunsten Wasser aus den Spaltöffnungen), erzeugen negativen Druck im Mesophyll, der Wasser aus benachbarten Zellen „zieht", die wiederum Wasser aus der Blattader, aus der Ader, aus dem Ast, aus dem Stamm bis zu den Wurzeln ziehen. Eine Kette hydraulischer Spannung, die sich über Dutzende von Metern vom Boden zum Blatt erstreckt. Die Drücke, die durch die Spannung der Wassersäule im Xylem entstehen, erreichen –20–30 bar (deutlich unter Atmosphärendruck): ein hydraulisches System unter Unterdruck, das ohne mechanische Pumpen funktioniert.

Bäume und lokale Niederschläge: Regen, der sich selbst erzeugt

Der Einfluss von Bäumen auf lokale Niederschläge ist direkter, als die meisten Menschen denken. Der von Bäumen transpirierte Wasserdampf trägt unmittelbar zur Wolkenbildung und lokalen Niederschlägen bei. Die „fliegenden Flüsse" des Amazonas: Das Konzept des „atmosphärischen Flusses", der von Tropenwäldern erzeugt wird, wurde von den brasilianischen Physikern Antonio Nobre und Jose Marengo entwickelt. Der vom Amazonas-Wald transpirierte Wasserdampf (20 Milliarden Tonnen/Tag) steigt in die Höhe, bildet Wolken und wird durch Winde nach Westen und Süden transportiert, wodurch Niederschläge in Agrarregionen Brasiliens, Paraguays und Argentiniens entstehen. Dieser Wasserdampfstrom wird als „fliegender Fluss" (rio voador) bezeichnet und ist grundlegend für die landwirtschaftlichen Niederschläge im Zentrum-Süden des südamerikanischen Kontinents. Die Entwaldung des Amazonas (bereits 20–25% des ursprünglichen Waldes wurden zerstört) reduziert diesen fliegenden Fluss und verstärkt die Dürre in den am meisten davon abhängigen Agrarregionen. Die hydrologische Narbe der Entwaldung: Entwald ete Gebiete zeigen Rückgänge der lokalen Niederschläge um 5–30% in den Jahrzehnten nach der Entwaldung. In Europa zeigen Studien historischer meteorologischer Daten, dass Gebiete mit größerer Waldbedeckung durchschnittlich reichlichere Niederschläge haben als Gebiete mit spärlicher Bedeckung. Bäume in Städten und städtischer Regen: Stadtforste erhöhen lokale (kleinräumige) Niederschläge auf messbare Weise. Eine Studie von Bounoua et al. (2018) zeigte, dass städtische Gebiete mit größerer Baumbedeckung aufgrund erhöhter Evapotranspiration häufigere Sommerniederschläge erhalten.

Die Auswirkung von Bäumen auf Grundwasser und Bäche

Die Anwesenheit oder Abwesenheit von Bäumen beeinflusst die Menge und Qualität des Wassers in Grundwasseraquiferen und Gewässern tiefgreifend. Grundwasserneubildung: Waldboden mit seiner porösen Struktur und Humusschicht begünstigt die Grundwasserneubildung stark im Vergleich zu blankem oder undurchlässigem Boden. Regenwasser versickert, anstatt über die Oberfläche abzufließen. Quellen und Bäche in bewaldeten Einzugsgebieten sind konsistenter (weniger saisonale Schwankungen) im Vergleich zu denen in entwaldeten Einzugsgebieten. Wasserqualität: Wasser, das durch die Waldstreu und humusreiche Böden fließt, wird physikalisch und biologisch gefiltert (die Bodenmikrobengemeinschaft baut viele organische Schadstoffe ab und bindet einige Schwermetalle). Wasser in Waldbächen ist typischerweise sauberer mit niedrigeren Sediment-, Nährstoff- und Schadstoffgehalten im Vergleich zu Bächen in landwirtschaftlichen oder städtischen Einzugsgebieten. Auenwälder (der Baumstreifen entlang von Gewässern): In Italien waren Gewässer traditionell von Streifen aus Pappeln, Weiden, Erlen und Eschen (Auenwälder) gesäumt. Die Entfernung dieser Wälder zur Gewinnung von Agrarland oder für starre hydraulische Systeme hat: Ufereroson verstärkt, die Wasserqualität reduziert (Sedimente, Nährstoffe aus benachbarten Agro-Ökosystemen), wesentliche Lebensräume für Fische, Amphibien, Wasservögel und Insekten eliminiert. Die Wiederherstellung von Auenwäldern ist eine der wirksamsten Rewilding-Maßnahmen zur Verbesserung der ökologischen Qualität italienischer Gewässer.

Bäume und Klimawandel: die Evapotranspirationsfalle

Die Beziehung zwischen Bäumen und Klimawandel ist komplexer als nur die einfache CO₂-Speicherung. Die Evapotranspiration von Bäumen hat sowohl Kühlungseffekte (bereits diskutiert) als auch potenzielle Erwärmungseffekte unter bestimmten Bedingungen. Das Paradoxon der Borealen Wälder: In borealen Nadelwäldern (Taiga: der Wald, der sich von Sibirien bis Kanada erstreckt), absorbieren dunkle Bäume viel mehr Wärmestrahlung als der weiße Schnee, der den Boden ohne sie bedecken würde. In einigen Taiga-Zonen übersteigt diese Wärmeabsorption (Albedo-Effekt) die Kühlungswirkung durch Evapotranspiration und CO₂-Speicherung. Die Gesamtbilanz: Der boreale Wald könnte trotz CO₂-Speicherung einen lokalen Erwärmungseffekt haben (!). Dieses Paradoxon wird als „Albedo-Kohlenstoff-Kompromiss" bezeichnet und ist noch Gegenstand wissenschaftlicher Debatten. Tropischer Regenwald: kein Paradoxon. Tropische Wälder haben eine viel stärkere Kühlungswirkung als boreale Wälder aufgrund ihrer intensiven Evapotranspiration (in Regionen mit konstant hoher Sonneneinstrahlung). CO₂-Speicherung, Evapotranspiration und Albedo-Reduktion wirken alle in Richtung Abkühlung. Der Schutz tropischer Wälder ist die dringendste Klimaschutzmaßnahme. Gemäßigte Wälder (Europa, Italien): Die Bilanz ist generell positiv für das Klima (Netto-Abkühlung), mit einigen Unsicherheiten bei nördlicheren alpinen Wäldern. Das Pflanzen von Bäumen in gemäßigten Zonen (besonders in degradierten oder aufgegebenen Gebieten) trägt zur Bekämpfung des Klimawandels bei. Die Risiken massiver Aufforstung in ariden Zonen: In semiariden Zonen kann massive Aufforstung paradoxerweise die lokalen Niederschläge verringern (Bäume verbrauchen das gesamte verfügbare Wasser durch erhöhte Evapotranspiration, ohne dass die lokalen Niederschläge ausreichend ansteigen, um dies auszugleichen). China hat sowohl Erfolge als auch Misserfolge bei seinen Aufforstungsprogrammen im Lössplateau-Gebiet erlebt: Einige Aufforstungsmaßnahmen haben die lokale Trockenheit verstärkt. Die Wahl der richtigen Baumarten, der richtigen Dichten und der richtigen Standorte ist entscheidend.